物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算

第8章物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算本章要點(diǎn)：了解物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算概念了解物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算特點(diǎn)和技術(shù)了解物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算應(yīng)用第8章物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算目錄8.1物聯(lián)網(wǎng)8.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念8.1.2物聯(lián)網(wǎng)的特征與體系結(jié)構(gòu)8.1.3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用8.2云計(jì)算8.2.1云計(jì)算的概念8.2.2云計(jì)算的特點(diǎn)8.2.3云計(jì)算的應(yīng)用8.1物聯(lián)網(wǎng)8.1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念1．物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings,IoT）即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。將用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行感知，通過(guò)智能設(shè)備對(duì)感知對(duì)象的識(shí)別、反饋其狀態(tài)等，進(jìn)行信息交換、通信和智能處理。1999年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首先提出“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，稱物聯(lián)網(wǎng)主要是建立在物品編碼、RFID（RadioFrequencyIdentification）技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上。2003年,美國(guó)《技術(shù)評(píng)論》提出物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)將是未來(lái)改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g(shù)之首。2009年1月28日，奧巴馬就任美國(guó)總統(tǒng)后，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給予了極大的關(guān)注，在其與美國(guó)工商業(yè)領(lǐng)袖的圓桌會(huì)議上，IBM首席執(zhí)行官彭明盛首次提出物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的“智慧地球”這一概念，提出將物聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)應(yīng)用到人們?nèi)粘５纳鐓^(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)當(dāng)中，歐盟在物聯(lián)網(wǎng)方面進(jìn)行了大量研究，并開(kāi)始推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)RFID在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生活各領(lǐng)域的應(yīng)用，著力解決安全和隱私、國(guó)際治理、無(wú)線頻率和標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。日本在2009年3月提出“數(shù)字日本創(chuàng)新計(jì)劃”，在同年7年進(jìn)一步提出“I-Japan戰(zhàn)略2015”，其中交通、醫(yī)療、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)是重點(diǎn)。我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)始于1999年，當(dāng)時(shí)中科院?jiǎn)?dòng)了傳感網(wǎng)研究，在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、智能微型傳感器、現(xiàn)代通信技術(shù)等方面取得了重要進(jìn)展。與計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)不同，中國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域享有國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，物聯(lián)網(wǎng)的概念已經(jīng)是一個(gè)“中國(guó)制造”的概念，它的覆蓋范圍與時(shí)俱進(jìn)，已經(jīng)超越了1999年Ashton教授和2005年ITU報(bào)告所指的范圍，物聯(lián)網(wǎng)已被貼上“中國(guó)式”標(biāo)簽。2．物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)跟核心還是互聯(lián)網(wǎng)，只是在現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的擴(kuò)展和延伸的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶端擴(kuò)展和延伸到了任何物體間,可以進(jìn)行信息的通訊和交換。由此得出物聯(lián)網(wǎng)的概念是：通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、激光掃描器、紅外感應(yīng)器、定位系統(tǒng)等傳感設(shè)備，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接,按約定的協(xié)議，進(jìn)行信息交換和通信,以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化管理、定位、識(shí)別、監(jiān)控、跟蹤的一種新型網(wǎng)絡(luò)。3．物聯(lián)網(wǎng)的通信識(shí)別技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的主要通信技術(shù)方向：⑴無(wú)線傳感網(wǎng)：⑵M2M：機(jī)器與機(jī)器（MachinetoMachine）對(duì)話。⑶RFID(射頻識(shí)別)：(4)識(shí)別碼常用的條形碼還有一種是二維碼、磁卡。IC卡，與上類(lèi)似，（a）條形碼二維碼（b）各種磁條和IC卡圖8-2物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)圖1．感知層2．網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層能夠把感知到的信息進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。3．應(yīng)用層應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。其應(yīng)用包括智能交通、綠色農(nóng)業(yè)、智能電網(wǎng)、手機(jī)錢(qián)包、智能家電、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)監(jiān)控等。.高精度土壤溫濕傳感器.稱重傳感器機(jī)器人觸覺(jué)傳感器人體熱釋電紅外傳感器.位移傳感器濕度傳感器8.1.3物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及“智能”和“監(jiān)控”。如智能交通、智能消防、智能家居、智能電網(wǎng)、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、路燈照明管控、景觀照明管控、樓宇照明管控、廣場(chǎng)照明管控、老人護(hù)理、個(gè)人健康、花卉栽培、水系監(jiān)測(cè)、食品溯源、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全、敵情偵查和情報(bào)搜集等多個(gè)領(lǐng)域。具體地說(shuō)，就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合部分成功的應(yīng)用案例：(1)物聯(lián)網(wǎng)傳感器產(chǎn)品已率先在上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)防入侵系統(tǒng)中得到應(yīng)用。系統(tǒng)鋪設(shè)了3萬(wàn)多個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)，覆蓋了地面、柵欄和低空探測(cè)，可以防止人員的翻越、偷渡、恐怖襲擊等攻擊性入侵。上海世博會(huì)也與中科院無(wú)錫高新微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心簽下訂單，購(gòu)買(mǎi)防入侵微納傳感網(wǎng)1500萬(wàn)元產(chǎn)品。(2)ZigBee路燈控制系統(tǒng)點(diǎn)亮濟(jì)南園博園。ZigBee無(wú)線路燈照明節(jié)能環(huán)保技術(shù)的應(yīng)用是此次園博園中的一大亮點(diǎn)。園區(qū)所有的功能性照明都采用了ZigBee無(wú)線技術(shù)達(dá)成的無(wú)線路燈控制。(3)首家手機(jī)物聯(lián)網(wǎng)落戶廣州將移動(dòng)終端與電子商務(wù)相結(jié)合的模式，讓消費(fèi)者可以與商家進(jìn)行便捷的互動(dòng)交流，隨時(shí)隨地體驗(yàn)品牌品質(zhì)，傳播分享信息，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)向物聯(lián)網(wǎng)的從容過(guò)度，締造出一種全新的零接觸、高透明、無(wú)風(fēng)險(xiǎn)的市場(chǎng)模式。手機(jī)物聯(lián)網(wǎng)購(gòu)物其實(shí)就是閃購(gòu)。廣州閃購(gòu)?fù)ㄟ^(guò)手機(jī)掃描條形碼、二維碼等方式，可以進(jìn)行購(gòu)物、比價(jià)、鑒別產(chǎn)品等功能。(4)與門(mén)禁系統(tǒng)的結(jié)合一個(gè)完整的門(mén)禁系統(tǒng)由讀卡器、控制器、電鎖、出門(mén)開(kāi)關(guān)、門(mén)磁、電源、處理中心這八個(gè)模塊組成，無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁將門(mén)點(diǎn)的設(shè)備簡(jiǎn)化到了極致：一把電池供電的鎖具。除了門(mén)上面要開(kāi)孔裝鎖外，門(mén)的四周不需要設(shè)備任何輔佐設(shè)備。整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)潔明了，大幅縮短施工工期，也能降低后期維護(hù)的本錢(qián)。無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)門(mén)禁系統(tǒng)的安全與可靠首要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：無(wú)線數(shù)據(jù)通訊的安全性包管和傳輸數(shù)據(jù)的安穩(wěn)性。8.2云計(jì)算8.2.1云計(jì)算的概念1．云計(jì)算的發(fā)展Google、IBM、亞馬遜、微軟、雅虎、英特爾等IT業(yè)巨頭已經(jīng)全力投入到云計(jì)算爭(zhēng)奪戰(zhàn)之中，將云計(jì)算作為戰(zhàn)略制高點(diǎn)。云安全、云殺毒，云存儲(chǔ)、內(nèi)部云、外部云、公共云、混合云、私有云等概念先后形成出現(xiàn)。美國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)和美國(guó)人生活研究項(xiàng)目”的一項(xiàng)研究成果顯示，約有70％以上的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)用戶在使用云計(jì)算服務(wù)。從2011年到2015年，云計(jì)算仍處于起步或初級(jí)階段，但會(huì)是一個(gè)快速的發(fā)展階段，到2020年才可能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、社會(huì)化，進(jìn)入趨于成熟的階段。以下是幾家公司有相當(dāng)大影響的云應(yīng)用：相當(dāng)大影響的云應(yīng)用：亞馬遜提供用于計(jì)算的彈性計(jì)算云(EC2)，以及用于存儲(chǔ)的簡(jiǎn)單存儲(chǔ)服務(wù)云(S3)，它們都屬于Amazon的基礎(chǔ)設(shè)施層服務(wù)（AWS）。Google是提供云計(jì)算服務(wù)的一大云服務(wù)商，同時(shí)也是全世界最大的云計(jì)算使用者之一，Google云計(jì)算的三大應(yīng)用是：分布式文件系統(tǒng)(GFS)、分布式計(jì)算框架(MapReduce)以及分布式數(shù)據(jù)庫(kù)(BigTable)。IBM公司在2007年11月推出了“藍(lán)云”，為其客戶提供即買(mǎi)即用的云計(jì)算平臺(tái)。2．云計(jì)算的定義“云計(jì)算是一種計(jì)算模式，在這種模式中，應(yīng)用、數(shù)據(jù)和IT資源以服務(wù)的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給用戶使用；云計(jì)算同時(shí)是一種基礎(chǔ)架構(gòu)管理的方法論，大量的計(jì)算資源組合成IT資源池，用于動(dòng)態(tài)創(chuàng)建高度虛擬化的資源以供用戶使用”。IBM公司將云計(jì)算視作是一個(gè)虛擬化的IT資源池。對(duì)象身份來(lái)定義的云計(jì)算概念：“對(duì)于用戶，云計(jì)算是‘IT即服務(wù)’；而數(shù)據(jù)中心的軟硬件設(shè)施就是所謂的‘云’”“云計(jì)算是一種資源利用模式，它能以簡(jiǎn)便的途徑和以按需使用的方式通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)可配置的計(jì)算資源（網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用、服務(wù)等），這些資源可快速部署，并能以最小的管理代價(jià)或只需服務(wù)提供商開(kāi)展少量的工作就可實(shí)現(xiàn)資源發(fā)布”。這一定義以技術(shù)化的語(yǔ)言較為全面地概括了云計(jì)算的技術(shù)特征?！霸朴?jì)算是一種大規(guī)模的分布式計(jì)算機(jī)制，由規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)驅(qū)動(dòng)，可根據(jù)用戶需求通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)提供抽象的、虛擬的、可動(dòng)態(tài)伸縮的計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量、平臺(tái)和服務(wù)?！泵绹?guó)的LuisM．Vaquero等人在研究了22種云計(jì)算定義“‘云’是大規(guī)模的便于獲取和使用的虛擬化的資源池（如硬件、開(kāi)發(fā)平臺(tái)、服務(wù)等）簡(jiǎn)單地說(shuō)，云計(jì)算的核心是將大量用網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)資源統(tǒng)一管理和調(diào)度，構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)資源池，為用戶提供服務(wù)。提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”。數(shù)據(jù)在云端，軟件在云端，用戶可以隨時(shí)獲取3．云計(jì)算的部署模式（1）公共云是為外部客戶提供服務(wù)的云.如：比較典型的公共云有亞馬遜的S，微軟的WindowsAzurePlatform，以及國(guó)內(nèi)的用友偉庫(kù)、阿里巴巴等。（2）私有云是企業(yè)自己使用的云，私有云所有的服務(wù)都不是供別人使用的，而是供企業(yè)自己的內(nèi)部人員或企業(yè)的分支機(jī)構(gòu)使用,如亞馬遜的彈性計(jì)算云。以銀行和醫(yī)療機(jī)構(gòu)為例，它們都是先做數(shù)據(jù)中心整合，服務(wù)器虛擬化，然后建立其私有云。（3）混合云是供企業(yè)自己和客戶共同使用的云。如：微軟、IBM、SUN、Oracle等公司分別在各自的云計(jì)算白皮書(shū)中表述了相一致的觀點(diǎn)。8.2.2云計(jì)算的特點(diǎn)（1）以用戶為中心的界面。（2）按需配置服務(wù)。（3）可伸縮性和靈活性。（4）超大規(guī)模（5）服務(wù)質(zhì)量保障。（6）自主系統(tǒng)。（7）虛擬化。（8）高可擴(kuò)展性。（9）安全可靠。（10）經(jīng)濟(jì)環(huán)保。8.2.3云計(jì)算的應(yīng)用1．云計(jì)算的服務(wù)模式(1)軟件即服務(wù)(SaaS)SaaS服務(wù)提供商將應(yīng)用軟件統(tǒng)一部署在自己的服務(wù)器上

(2)平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)把開(kāi)發(fā)環(huán)境作為一種服務(wù)來(lái)提供。這是一種分布式平臺(tái)服務(wù)，廠商提供開(kāi)發(fā)環(huán)境、服務(wù)器平臺(tái)、硬件資源等服務(wù)給客戶

(3)基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)(IaaS)IaaS即把廠商的由多臺(tái)服務(wù)器組成的“云端”基礎(chǔ)設(shè)施，作為計(jì)量服務(wù)提供給客戶。它將內(nèi)存、I/O設(shè)備、存儲(chǔ)和計(jì)算能力